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金屬活動(dòng)性（金屬和金屬離子間相互置換能力）

次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-05-19

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金屬活動(dòng)性

金屬和金屬離子間相互置換能力

金屬活動(dòng)性指金屬單質(zhì)在水溶液中失去電子生成金屬陽(yáng)離子的傾向，屬于熱力學(xué)范疇。

利用金屬活動(dòng)性，可以比較金屬在水中（而不是其他環(huán)境或干態(tài)）的還原性強(qiáng)弱與其對(duì)應(yīng)的陽(yáng)離子的氧化性強(qiáng)弱，預(yù)測(cè)水中一系列的置換反應(yīng)的方向。

基本信息

中文名	金屬活動(dòng)性
外文名	Reactivity series
含義	金屬和金屬離子間相互置換能力
性質(zhì)	在水溶液中失去電子生成陽(yáng)離子
量度	標(biāo)準(zhǔn) 電極電勢(shì)
強(qiáng)弱	電勢(shì)越負(fù)者還原性越強(qiáng)

收起

發(fā)展歷史

1865年，貝開托夫在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)金屬和金屬離子間相互置換能力的大小，以及金屬跟酸、跟水等反應(yīng)的劇烈程度，首先確定了金屬活動(dòng)性順序，在這個(gè)順序里已包括了氫。因?yàn)闅淇梢员晃挥谒懊娴慕饘購(gòu)南∷崂镏脫Q出來，而氫后面的金屬不能從酸中置換出氫。

在電化學(xué)得到發(fā)展后，金屬活動(dòng)性的衡量尺度變?yōu)榻饘俚?/span>標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)，電勢(shì)越負(fù)者還原性越強(qiáng)，金屬活動(dòng)性也越強(qiáng)。

注：由此可以看出，金屬活動(dòng)性與金屬性是不同的概念，不可混為一談。金屬在水中的活動(dòng)性也不能體現(xiàn)金屬在所有情況下的性質(zhì)，例如鉀的金屬活動(dòng)性強(qiáng)于鈉，但鈉可以置換出熔融氯化鉀中的鉀。

影響因素

決定金屬活動(dòng)性的函數(shù)是金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)(

)與與水反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能(

)，它們的計(jì)算公式及之間的轉(zhuǎn)化公式為：

，因此電極電勢(shì)越負(fù)，自由能越大，活動(dòng)性也越強(qiáng)。

自由能的一個(gè)影響因素是焓變(

)。金屬單質(zhì)在水中形成陽(yáng)離子時(shí)，經(jīng)歷了升華，電離，水合三步，這三步中都有能量變化，決定了總反應(yīng)焓變，對(duì)金屬的活動(dòng)性有很大影響。因此在分析金屬活動(dòng)性成因時(shí)，要綜合考慮金屬的升華能、電離能與水合熱。

一般來說，元素周期表內(nèi)元素從上到下，從右到左有活動(dòng)性增強(qiáng)趨勢(shì)，其本質(zhì)原因是隨著金屬半徑增大，最外層電子數(shù)減少，其電離能與升華能均有下降，雖水合熱亦有下降，但前兩者已足夠彌補(bǔ)。但對(duì)于一些特殊的例子，如鋰，由于其半徑極小，水合熱足夠高，彌補(bǔ)了升華熱與電離能偏高的不足，導(dǎo)致它在水中的活動(dòng)性甚至比銫還要高。

應(yīng)用

化學(xué)

部分金屬的活動(dòng)性順序如下：

單質(zhì)名稱	元素符號(hào)	對(duì)應(yīng)離子	特征性質(zhì)
鉀	K		與水迅速反應(yīng)，放出氫氣，部分金屬可能會(huì)有爆炸現(xiàn)象；與非氧化性酸反應(yīng)激烈；由于存在與水的反應(yīng)，不能置換活動(dòng)性較弱的金屬的離子；對(duì)應(yīng)的金屬陽(yáng)離子基本不具有氧化性。氫氧化物可以電離出氫氧根離子，使溶液呈堿性。
鈣	Ca
鈉	Na
鎂	Mg		與水緩慢反應(yīng)放出氫氣，或者加熱時(shí)與水蒸氣反應(yīng)生成氫氣或者不反應(yīng)；與非氧化性酸反應(yīng)，放出氫氣；在水中可置換出表中位置下方的金屬離子；對(duì)應(yīng)的金屬陽(yáng)離子基本沒有或只有較弱的氧化性。一般情況下，氫氧化物為沉淀。
鋁	Al

展開表格

由金屬活動(dòng)性順序表可以得到以下結(jié)論：

1.排在前面的金屬可以將排在后面的金屬?gòu)乃鼈兊慕饘偃芤褐兄脫Q出來。（若金屬過于活潑，則會(huì)直接與水反應(yīng)，并不會(huì)與水中的金屬離子反應(yīng)）；

2.理論上講，金屬活動(dòng)性表中鐵及排在其前的金屬均可置換出純水中的氫；

3.若只考慮氫離子的氧化性，排在氫（H）前的金屬才能和非氧化性酸反應(yīng)，置換出氫；

4.排在越后的金屬越容易，也越先從它們的化合物中被置換出來；排在越前的金屬越容易，也越先把其他化合物中的金屬置換出來。

在判斷溶液中的置換反應(yīng)能否發(fā)生，以及發(fā)生置換反應(yīng)的次序時(shí)，使用它是一種很簡(jiǎn)便的辦法。

生產(chǎn)

金屬活動(dòng)性可以預(yù)言金屬礦石的提煉難易程度，如排在末位的一些金屬，加熱即可使他們從氧化物中分解出來，而排在最前面的金屬，則需要使用電解法（如鈉）或活潑金屬置換法（如鉀）來提取。

金屬活動(dòng)性還可以預(yù)言金屬被腐蝕的難易程度，如金即使加熱也不與氧反應(yīng)，而鐵、銅在空氣中會(huì)緩慢生銹，鈉、鉀等金屬在空氣中則極容易與氧化合，一般只能現(xiàn)取現(xiàn)用。

活動(dòng)性順序

Li*

鋰*

銫

銣

鉀

鐳

鋇

鈁

鍶

鈣

鈉

鑭

鐠

釹

钷

釤

銪

錒

釓

鋱

镅

釔

鎂

鏑

銩

鐿

镥

鈰

鈥

鉺

鈧

钚

釷

鈹

镎

鈾

鉿

鋁

鈦

鋯

釩

錳

鈮

鋅

鉻

鎵

鐵

鎘

銦

鉈

鈷

鎳

展開表格

注：由于金屬活動(dòng)性的判定依據(jù)是金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)，而金屬性只與金屬失電子能力有關(guān)，因此會(huì)產(chǎn)生金屬性與金屬活動(dòng)性不一致的情況.。

另外，一些金屬的活動(dòng)性會(huì)受到溶劑，酸堿值，以及沉淀劑等的影響，而金屬活動(dòng)性順序表的測(cè)定條件是熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)狀況，此時(shí)

，所以活動(dòng)性順序只能作為大部分情況下適用的參照，在特殊情況下需要計(jì)算非標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)。

在水中，鋰是活動(dòng)性最高的金屬。雖然鋰是堿金屬中金屬性最弱的元素，但是由于鋰原子和離子半徑小，離子靜電場(chǎng)力較大，導(dǎo)致

的水合能特別高，掩蓋了鋰元素升華能與電離能偏高的短板，使其成為水中活動(dòng)性最高的金屬。而鋰與水的反應(yīng)緩慢，一方面是因?yàn)殇嚨纳A能和熔點(diǎn)相對(duì)較高，使反應(yīng)在動(dòng)力學(xué)上受阻；另一方面，同樣由于較高的水化能，反應(yīng)產(chǎn)物氫氧化鋰的化學(xué)鍵共價(jià)傾向顯著、溶解度較小，剛開始會(huì)附著在鋰的表面阻礙反應(yīng)，隨著氫氧化鋰的溶解，速率才稍有加快。

一般認(rèn)為同位素化學(xué)性質(zhì)相同，但在氘中的中子會(huì)影響質(zhì)子間的相互作用，所以實(shí)際上氘氣比氕氣活潑。

參考資料

[1]

在金屬活動(dòng)性順序里為什么包括氫？ · 學(xué)科網(wǎng)[引用日期2013-10-28]

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